綜合舉例及綜合設(shè)計(jì)

綜合舉例及綜合設(shè)計(jì)第一頁，共十七頁，編輯于2023年，星期三§9-1綜合設(shè)計(jì)秒計(jì)數(shù)（每隔一秒加一）按下4個(gè)按鍵任何一個(gè)可切換1、AD平均值顯示2、秒計(jì)時(shí)器顯示。第二頁，共十七頁，編輯于2023年，星期三要求：1、AD轉(zhuǎn)換采用查詢方式并進(jìn)行數(shù)字濾波；要進(jìn)行按鍵去抖動(dòng)（去除鍵按下過程中前沿抖動(dòng)和后沿抖動(dòng)影響）；秒計(jì)數(shù)器采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷方式計(jì)時(shí)（參考第3章課件32-39以及書本）。2、給出完整的程序和注釋，以及各程序功能模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)理說明。3、不要求經(jīng)過實(shí)際調(diào)試。參考：人的按鍵過程第三頁，共十七頁，編輯于2023年，星期三§9-2綜合舉例數(shù)字PID控制器PWM驅(qū)動(dòng)電路直流電機(jī)測速電路給定值在電機(jī)的運(yùn)行控制中，通常采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)。利用大功率晶體管的開關(guān)作用，PWM將直流電源調(diào)制成具有一定頻率的寬度(脈沖占空比α)可調(diào)的方波脈沖電壓，加在直流電機(jī)的電樞上，單片機(jī)把檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，通過數(shù)字PID調(diào)節(jié)對方波脈寬進(jìn)行調(diào)制，從而改變電樞電壓相序及平均值，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。第四頁，共十七頁，編輯于2023年，星期三tτ占空比D=tτPWM控制脈沖脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation，PWM）控制是通過改變輸出脈沖的占空比，實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的調(diào)速控制。用這種方法，直流電機(jī)通電的時(shí)候速度增加，直流電機(jī)斷電的時(shí)候速度減少，只要按一定的周期改變通斷電的時(shí)間，直流電機(jī)的速度就可以達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。改變通斷電的時(shí)間可以用調(diào)整PWM控制脈沖的占空比D（D=t/τ）實(shí)現(xiàn)。第五頁，共十七頁，編輯于2023年，星期三為了得到與目標(biāo)速度的偏差，要利用電機(jī)解碼器或者其他的轉(zhuǎn)速傳感器測量當(dāng)前驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度。利用安裝在電機(jī)系統(tǒng)里的霍爾測速元件測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速并將轉(zhuǎn)速信號輸出構(gòu)成反饋量。在給定參數(shù)的情況下，控制器應(yīng)用PID算法計(jì)算控制量并輸出控制直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

磁轉(zhuǎn)子M旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，使霍爾元件H的磁極（N、S）產(chǎn)生變化，通過信號處理電路輸出矩形波信號，從而檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。第六頁，共十七頁，編輯于2023年，星期三PID控制

PID控制由于算法簡單、魯棒性好和可靠性高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中。（1）比例（I）控制調(diào)節(jié)規(guī)律：其中：u：調(diào)節(jié)器輸出；KP：比例系數(shù)；e(t)：調(diào)節(jié)器輸入（通常是偏差信號）。比例調(diào)節(jié)器的輸出信號與輸入信號成比例關(guān)系。只要輸入出現(xiàn)偏差，調(diào)節(jié)器就能及時(shí)產(chǎn)生與輸入成比例的控制信號。比例調(diào)節(jié)的作用主要取決于比例系數(shù)Kp。Kp大，調(diào)節(jié)作用強(qiáng)而且動(dòng)態(tài)特性好。但Kp太大會(huì)引起自激震蕩。

第七頁，共十七頁，編輯于2023年，星期三（2）比例積分（PI）控制調(diào)節(jié)規(guī)律：其中：TI：積分常數(shù)。由于比例調(diào)節(jié)存在靜差從而降低調(diào)節(jié)精度。消除靜差的方法是增加積分調(diào)節(jié)作用。對于PI調(diào)節(jié)器，只要e(t)存在，就一定有積分作用。積分的存在使執(zhí)行器在調(diào)節(jié)器的輸出作用下不斷變化，直到達(dá)到新的穩(wěn)定值并消除靜差。第八頁，共十七頁，編輯于2023年，星期三（3）比例微分（PD）控制調(diào)節(jié)規(guī)律：其中：TD是微分常數(shù)。在控制對象有較大的慣性特性時(shí)，使用PD調(diào)節(jié)。微分調(diào)節(jié)的作用使輸出只能反應(yīng)偏差變化的速度。對于輸入不變化的偏差信號，不會(huì)產(chǎn)生微分調(diào)節(jié)作用。微分作用不會(huì)消除靜差，只能在偏差出現(xiàn)的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)比較大的調(diào)節(jié)作用。第九頁，共十七頁，編輯于2023年，星期三（4）比例積分微分（PID）控制調(diào)節(jié)規(guī)律：將比例，微分，積分作用結(jié)合在一起，就形成了PID調(diào)節(jié)規(guī)律。在加有PID調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)里，對輸入采樣信號首先是施加比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律，產(chǎn)生強(qiáng)烈快速的調(diào)節(jié)作用，然后再施加積分作用消除輸出靜差。不論從靜態(tài)特性還是動(dòng)態(tài)特性看，使用PID調(diào)節(jié)規(guī)律都使調(diào)節(jié)品質(zhì)得到很好改善。第十頁，共十七頁，編輯于2023年，星期三PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法在用PID調(diào)節(jié)器控制的系統(tǒng)里，對系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響的是4個(gè)參數(shù)KP、TI、TD和采樣周期T。它們對系統(tǒng)的影響分別如下。比例系數(shù)KP：加大KP可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)，對有靜差的系統(tǒng)可以減少靜差。過大的KP會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)并產(chǎn)生震蕩，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。微分時(shí)間常數(shù)TD：加大TD可以加快系統(tǒng)響應(yīng)，減少超調(diào)量，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是系統(tǒng)對擾動(dòng)的抑制能力減弱。積分時(shí)間常數(shù)TI：加大TI可以消除靜差，減少超調(diào)量，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。但加大積分時(shí)間常數(shù)TI會(huì)減慢系統(tǒng)靜差消除的速度。第十一頁，共十七頁，編輯于2023年，星期三PID常用口訣：

參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查

先是比例后積分，最后再把微分加

曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大

曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降

曲線波動(dòng)周期長，積分時(shí)間再加長

曲線振蕩頻率快，先把微分降下來

動(dòng)差大來波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長

理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1

一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低第十二頁，共十七頁，編輯于2023年，星期三數(shù)字PID由于計(jì)算機(jī)只能識別數(shù)字量，不能對連續(xù)的控制算式直接進(jìn)行運(yùn)算，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中必須對控制規(guī)律進(jìn)行離散化的算法設(shè)計(jì)。電機(jī)測控系統(tǒng)為一時(shí)間離散控制系統(tǒng)，可以采用數(shù)字式的差分方程來代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，從而將PID算式離散化。

位置型PID算法：第十三頁，共十七頁，編輯于2